日本列島における上部マントル･地殻構造の解明

平成20年度年次報告

課題番号：3001

（1）実施機関名：

　独立行政法人防災科学技術研究所

（2）研究課題（または観測項目）名：

　日本列島における上部マントル･地殻構造の解明

（3）最も関連の深い建議の項目：

　1．（1）イ．列島規模のプレート内の構造と変形

（4）その他関連する建議の項目：

　1．（2）ア．プレート境界域における歪・応力集中機構
　1．（2）イ．内陸地震発生域の不均質構造と歪・応力集中機構

（5）本課題の平成16年度からの5ヵ年の到達目標と，それに対する平成20年度実施計画の位置付け：

　日本列島全域において，より詳細な地殻及び上部マントル構造やプレート形状を得るため，ファインメッシュでの3次元地震波速度構造，減衰構造を解明すると共に，これらの3次元的に不均質な構造を用いた震源決定手法を開発し，震源決定の精度向上と震源分布と地下構造との関係解明を進める．また，レシーバ関数解析や変換波，反射波解析により，プレート境界面等の地下不連続面の位置，形状，性質等を明らかにすることで，プレート境界での地殻活動の予測シミュレーションの高度化に資することを目標とする．さらに，散乱波解析に基づいて地殻・上部マントルの不均質構造とその物性，散乱体や地下流体の分布等を明らかにし，内陸地震発生に至る準備過程を理解するための基本的な知見を得る．また，過去に取得された反射法探査データの再解析等により，プレート境界の性状を解明する．平成20年度においては，関東等において詳細な不均質構造解析を進めるとともに，これらの上部マントル･地殻構造と地震活動との関連を調査する．

（6）平成20年度実施計画の概要：

　防災科研Hi‐net・F‐net等で収録された遠地地震記録中に含まれる変換波・反射波を用いて，沈み込むスラブやモホ面の形状及びその性状を調査し，大規模な地震発生域との関連を調査する．関東等においてより詳細な周波数別減衰構造，散乱構造を推定し，地殻・最上部マントルの短波長 不均質構造を解明するとともに，これまでに得られた3次元速度構造や減衰構造，散乱構造と微小地震や活断層の分布と比較し，地震発生場などとの関連性を議論する．また，四国西部や茨城県沖の構造探査データ解析からプレート境界性状解明を行う．

（7）平成20年度成果の概要：

• 関東および中部地方において，近地地震のSコーダ波エンベロープ形状の解析から時間減衰率の空間分布を調べた結果，地殻や最上部マントル内の強い内部減衰を示唆する高い時間減衰率が，糸魚川‐ 静岡構造線や伊豆・箱根の周辺域などに見られることが判った．一方，栃木，埼玉，東京および神奈川の領域では，太平洋プレート上面付近から反射・散乱波の到達による低い時間減衰率がみられる．そのような深部からの反射・散乱波が観測されるような条件をモンテカルロ法によるエンベロープ・シミュレーションによって調べた結果，太平洋プレート上面以浅のフィリピン海プレートや陸側のプレートでは散乱が弱い必要があることが明らかとなった．このような構造は，フィリピン海プレートに沈み込みに伴う，関東地方特有の不均質構造を見ている可能性がある．
• 日本全国を対象としたトモグラフィー解析によって得られた標準的3次元地震波速度構造から，濃尾地震の起震断層である根尾谷断層系について，断層直下及び断層から20km離れた地点における速度構造の変化を調べた．その結果，西南日本の他の断層系と同様にいずれも深くなるにつれて周囲より遅くなる傾向が見られるが，断層直下のほうが特にその傾向が強いことが判った．2008年岩手・宮城内陸地震の震源付近の断層についても同様の検証を行った．東北日本では，深くなるにつれて断層直下の構造は周囲よりも高速度になるという結果が得られている．出店断層と餅転・細倉構造線の両方とも，断層直下では深くなるにつれて高速度になる傾向が見られるが，断層から20km離れた地点の直下における速度構造はそのような傾向が見られない．このことは，深さ方向の速度偏差を調べることが，伏在断層の抽出に繋がる可能性を示唆している．
• 防災科研Hi‐net/F‐net観測点で得られた水平2成分のレシーバ関数を用いて，紀伊半島および四国下のスラブモホ面の傾斜方向を求めた．その結果，スラブモホ面は，対象領域のほぼ全域で北西方向に傾斜するものの，紀伊半島西部や四国東部では北から北東方向に傾斜すること，傾斜方向の変化する場所が，想定される海溝型巨大地震の震源境界と対応することが明らかになった．また，紀伊水道を中心に，紀伊半島西部から四国東部では，スラブ内地震活動がスラブモホ面下に分布するのに対し，志摩半島付近や四国西部では地震活動が海洋地殻内に分布することを示した．
• 過去に取得された反射法探査データの再解析を行い，茨城・千葉県東方沖の太平洋プレートの形状と，フィリピン海プレートとの関係を調査した．その結果，太平洋プレートは銚子付近で屈曲が始まり，そこにフィリピン海プレートとの衝突を示す反射面が見られた．また，地震活動は反射波強度の強い領域と相補的であるとともに，スラブ形状の急変部でも非活発である可能性があり，さらに，太平洋プレート境界で発生する地震の破壊域は，屈曲部あるいは反射面が明瞭なスラブ衝突部には広がらないことが示唆された．
• 四国西部において人工震源を用いた地下構造探査を実施した結果，深さ25～37kmに位置し約8度北方向に傾斜する反射強度の強い反射面を確認し，その深さや傾斜角や連続性からこの反射面をプレート境界と同定した．本解析によってプレート境界の位置が精密に推定され，深部低周波微動活動との比較が可能になった．

（8）平成20年度の成果に関連の深いもので，平成20年度に公表された主な成果物（論文・報告書等）：

• 汐見勝彦・松原誠・小原一成，2008，地震学的探査によるモホ不連続面の検出‐近畿地方を例として‐，地学雑誌，117，45‐58．
• Shiomi, K., M. Matsubara, Y. Ito and K. Obara, 2008, Simple relationship between seismic activity along Philippine Sea slab and geometry of oceanic Moho beneath southwest Japan, Geophys. J. Int., 173, 1018‐1029.
• Shiomi, K. and J. Park, 2008, Structural features of the subducting slab beneath the Kii Peninsula, central Japan: Seismic evidence of slab segmentation, dehydration, and anisotropy, J. Geophys. Res., 113, B10318, doi:10.1029/2007JB005535.
• Matsubara, M., K. Obara and K. Kasahara, 2008, Three‐dimensional P‐ and S‐wave velocity structures beneath the Japan Islands obtained by high‐density seismic stations by seismic tomography, Tectonophysics, 454, 86‐103.

（9）本課題の5ヵ年の成果の概要：

• 日本列島全域を対象に，標準的な高分解能3次元地震波速度構造，減衰構造を推定した．その結果から，プレートや火山等との関連に基づく大局的な構造のほか、特にスラブ内部構造，深部低周波微動周囲，相似地震発生域，活断層直下における特徴的な構造を見出した．
• レシーバ関数解析に基づき，西南日本全域におけるフィリピン海プレート形状モデルの構築を行なった．その結果，非地震性スラブの存在，スラブ内地震とスラブ形状との関係，深部低周波微動との関係，スラブ形状と海溝型巨大地震震源境界との関係などを明らかにした．
• 近地地震の波形エンベロープ形状解析に基づき，西南日本および関東中部地方における散乱構造の推定を行なった．その結果，浅部地殻における地震活動やプレート形状に関連した強散乱領域などを見出した．
• 人工震源に基づく反射法解析等に基づき，茨城・千葉県東方沖，四国西部におけるプレート境界面の形状を推定したとともに，反射波強度と地震活動との関係を見出した．

（10）実施機関の参加者氏名または部署等名：

　小原一成・汐見勝彦・関根秀太郎・松原誠・浅野陽一・関口渉次・堀貞喜・木村尚紀・武田哲也・上野友岳
　他機関との共同研究の有無：無

（11）公開時にホームページに掲載する問い合わせ先：

　部署等名：防災科学技術研究所企画部広報普及課
　電話：029‐851‐1611
　e‐mail：toiawase@bosai.go.jp
　URL：http://www.bosai.go.jp/index.html

図1．各震源経過時間帯における自乗振幅エンベロープの振幅時間減衰率．カラースケールの赤色は高い時間減衰率を，青色は低い時間減衰率をそれぞれ表す．解析にはそれぞれの観測点から震央距離30km以内で発生した深さ20km以浅の地震を使用し，それぞれの観測点で観測された地震群に対する平均的な時間減衰率を観測点位置にカラースケールで示す．カラースケールの赤色は高い時間減衰率を，青色は低い時間減衰率をそれぞれ表す．

図2．根尾谷断層系周辺のP波速度パーターベーション．（左図）深さ5km及び20kmにおける水平分布．
（右図）断層直下及び断層から20km離れた領域直下における深さごとの周囲との比較．

図3.レシーバ関数解析によって得られたスラブモホ面の最大傾斜方位とGPS観測による地殻変位方位との差．扇形の大きさと色で方位角の差を表わす．方位角の差の地域的傾向から5つの領域に分けられ，特に紀伊水道を挟んだ紀伊半島西部及び四国東部では，モホ面傾斜方向とスラブ進行方向の差が大きい．

図4．（上図）四国西部で実施された人工地震探査の測線及び発震点位置．
（下図）SN側線における反射深度断面図．北方向に傾斜する反射強度の強い反射面が確認できる（黄矢印）．その深さや傾斜角や連続性からこの反射面がプレート境界であると同定される．